科學教學的新典範— 行動科技、擴增實境與3D實驗影片教學 邱美虹 國立臺灣師範大學科學教育研究所 mhchiu@ntnu.edu.tw 所有科技的努力，總以造福人類、關切人類的命運為主要鵠的。—愛因斯坦 看過電影《關鍵報告（Minority Report）》中湯姆ž克魯斯以手隔空搜尋資料的擴增實境（Augmented Reality, AR）畫面、《鋼鐵人（Iron Man 3/4）》東尼ž史塔克（小勞勃道尼飾）在他的3D電腦工作室建構一個AR環境、《阿凡達（Avatar）》的擴增實境與3D虛擬影像擷取攝影技巧，再加上行動科技與Meta Glass和Google Glass的時代來臨，不禁讓人佩服科技的進步是如何不斷發展以滿足人類的好奇心，這種科技與娛樂的結合，已逐漸發揮到淋漓盡致之境界。猶記得已故的卡耐基ž梅倫大學電腦科學、虛擬實境與人機互動專家Randy Pausch教授在2007年時得知自己得了脾臟癌僅剩3-6個月時，他給了一個後來拜社會網絡（social networking）之賜在短短一個月有上百萬人都看過的”The Last Lecture: Really Achieving Your Childhood Dreams”（2007/09/18）1，他在演講中提到他有幾個兒時的夢想，其中之一就是當迪斯尼的想像工程師（The Disney Imagineer, Imagine和Engineer的組合字），讓想像力可以透過科技帶給人們更多的喜樂，也因此他在卡耐基ž梅倫大學成立娛樂科技中心（Entertainment Technology Center），推動寓教於樂的新科技學習環境。想想若是這些科技發展的成品可以直接或是延伸它們的功能在化學教育上，那是多麼令人興奮與雀躍的事，其影響所及將非同小可。 n  行動科技學習 回想三年前有幸開始主持一個透過行動科技學習科學的高瞻計畫，當時參與計畫的高中教師僅有一位有智慧型手機，對如何有效的使用行動科技還在起步階段，更遑論學生，但是有鑑於科技的快速發展，若不盡早開始研發行動科技學習教材，將面對硬體都到位，但軟體卻短缺的窘境，因此，我們研究團隊還是決定開發適合行動學習的素材，以為未來新世代的學習做準備。猶記得當時第一年計畫進度報告時，有審查委員提問：「連老師都沒手機，你們設計的行動科技的教具和教材將要給誰用？」，即使面對這樣的挫折與挑戰，我們還是堅持往前走自己的路，到第二年情況很快就改觀，師生擁有行動裝置的人漸多，而研發的各科（物理、化學、生物、地理等，見圖1）教具也逐漸受到教師和學生的喜愛，到第三年時，一個班級已有約六、七成的學生擁有智慧型手機，他們對手機或平板電腦功能的使用技能與適應性遠超過研究團隊的想像，而教具的成品也愈趨成熟。教師們也因擁有智慧型手機以及運用行動科技相關的知識和技能，而逐漸能運用既有的App在教學上或是設計適當的行動科技教學活動或評量方式、以及提出需要透過新興科技促進學習的教具設計觀點，這些皆非始料所及。同時，行動科技的課程也從第一年的夏令營、到第二年的選修課程，再到第三年時，部分行動科技課程已可納入正式課程，成為學生必學的行動科技課程，並進行跨科合作形成教師的學習共同體。這樣的突破與經歷，也顯示行動學習的新典範似乎已到來。 圖1：擴增實境實例說明 根據行政院研究發展考核委員會「101年台灣數位機會發展現況」調查報告（2012）指出，2010年至2012年止，臺灣12歲以上網路族中，持有智慧型手機的成長率由23.4%增為50.7%，持有率已逼近筆記型電腦（從39.7%到53.4%）。而2011年和2012年皆大致有21%左右的民眾持有平板電腦。此調查結果顯示全面智慧型進化的趨勢逐漸增加，而行動教學軟體的潛在需求也預期將逐年相對成長（見圖2）。而這些網路族群，曾使用各式行動載具（如筆電、智慧型手機、平板電腦）上網比率也由2009年的41.9%、2010年的53.0%、2011年的70.4%，逐年上升至2012年的77.3% （見圖3）。 至於科技裝置使用情形，根據行政院研究發展考核委員會「2013年數位機會調查」報告指出，台灣6至11歲學童80.4%有使用平板電腦的經驗、84.5%曾使用智慧型手機，63.5%有使用過筆記型電腦的經驗。在網路使用方面，6至11歲學童網路使用率高達93.6%。根據調查結果顯示，智慧型手機與平板電腦的使用已是學童生活的一部分，充分利用這種使用手機或平板電腦的機會是必須的。    圖2：智慧型手機和平板電腦持有率   圖3：行動上網率 （圖2和3來源：行政院研究發展考核委員會「101年（2012）台灣數位機會發展現況」） 由於目前攜帶型的通訊裝置因結合網際網路、應用程式及微型感測元件等科技產品，讓操作集中於一輕薄的介面，成為一項具影響力綜合科技，如「智慧型手機」（Smart Phone）和「平板電腦」（Tablet PC），其對人們的生活已經產生不小的衝擊。因此，繼電腦輔助教學、遠距教學、數位學習之後，「行動學習（Mobile Learning）」受到重視的程度與日俱增，其運用的範圍舉凡以測驗、圖鑑、查詢功能等微型應用程式進行自主學習、利用微型感測器進行各種測量、紀錄之探究式學習、或透過無線網路與雲端介面進行問答、學習任務之即時回饋。 n  擴增實境教學 隨著智慧型科技的進化，相關領域的發展也出現新的契機，其中一項便是與攝影裝置與擴增實境軟體技術的結合。擴增實境與過往的虛擬實境不同，它不再是模擬一個既有的實境，而是在既有的實境中延伸其功能，使其因而能拓展觀察者的視野，近年來擴增實境的產品如雨後春筍般的蓬勃發展。這種智慧型行動裝置有著攝錄與顯示介面一體的設計，從過去頭戴式的裝置（見圖4和5），到現在使用擴增實境的眼鏡（見圖6和7）以及智慧型手機等等，再加上迅速成長的使用普及率，讓過往的技術提升至行動應用層級後，不論是設備、環境、或易用性上皆有了突破性的發展，成為「行動式擴增實境」（Mobile AR），使其在融合虛擬與現實之間能淬鍊出新的啟發，對教材與教具的設計也提供新的思維，不容小覷。   圖4：頭戴式3D顯示器 （圖片來源：Southerland (1968, p.759)）   圖5：Sutherland […]